Multifarben-Lebendzell-STED-Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553898587

Wir beantragen Mittel für die Anschaffung eines Mehrfarbenmikroskops zur stimulated emission depletion (STED). Das System wird die Multi-Target-Mikroskopie in lebenden Zellen und Geweben mit einer Auflösung unterhalb der Beugungsgrenze ermöglichen, und damit eine bedeutende Lücke in unseren derzeitigen Bioimaging-Kapazitäten an der GU Frankfurt schließen. Die hochauflösende Mikroskopie hat die Zellbiologie revolutioniert, indem sie eine molekulare Perspektive auf die Entstehung, die Funktion und den Zerfall von Zellstrukturen ermöglicht. Die STED-Nanoskopie, die von Nobelpreisträger Prof. Dr. Stefan W. Hell entwickelt wurde, ermöglicht die direkte superauflösende Bildgebung in Organellen, Zellen und Gewebe, ohne dass eine mathematische Bildrekonstruktion erforderlich ist. Mit einer räumlichen Auflösung von bis zu ~30 nm übertrifft die STED-Nanoskopie Techniken mit erweiterter Auflösung, die mit lebenden Zellen kompatibel sind, wie die strukturierte Beleuchtungsmikroskopie (SIM) oder die Bildrastermikroskopie (ISM, "Airy Scan"), die derzeit an der GU verfügbar sind. Modernste superauflösende Techniken belasten die Proben mit einer höheren Lichtdosis und sind im Vergleich zur beugungsbegrenzten Bildgebung langsamer. Fortschritte bei den optischen Komponenten und der Datenverarbeitung haben diese Nachteile behoben und ermöglichen eine schnelle und schonende STED-Bildgebung von lebenden Proben mit hoher räumlicher Auflösung. Die Optimierung der Bildgebungsgeschwindigkeit und die Reduzierung der Lichtdosis sind besonders wichtig für die Erfassung der schnellen Zelldynamik über einen längeren Zeitraum. Das vorgeschlagene STED-Mikroskop erfüllt diese Anforderungen und integriert modernste technische Lösungen zur Verringerung phototoxischer Effekte. Es verfügt über abstimmbare Anregungswellenlängen, spektrale Detektion und einen schnellen Scanner, der ein photoneneffizientes Multiplexing ermöglicht. Zeitaufgelöste Einzelphotonen-Detektoren ermöglichen die STED-Darstellung mittels Lebensdauer, wodurch die Photonenbelastung für lebende Proben weiter reduziert wird. Darüber hinaus ermöglicht die Lebensdauerdetektion die gleichzeitige Detektion mehrerer spektral ähnlicher Fluorophore mit einer einzigen Anregungswellenlänge, was die Multiplex-Analyse vereinfacht. Das vorgeschlagene STED-Mikroskop für Mehrfarbenmikroskopie in lebenden Zellen, ausgestattet mit einer abstimmbaren Weißlicht-Laserquelle, zwei STED-Depletionslasern, flexibler Spektraldetektion, Lebenszeitdetektion und einem schnellen Resonanzscanner, wird GU-Forschern unvergleichliche Möglichkeiten für die Untersuchung von Zellen und Geweben mit nanoskaliger Auflösung bieten. Dieses STED-Mikroskop wird nicht nur den vorgesehenen Forschungsgruppen zugute kommen, sondern auch darüber hinaus die wissenschaftliche Zusammenarbeit fördern und das Verständnis grundlegender zellulärer Prozesse verbessern, was es zu einer unschätzbaren Ressource für die wissenschaftliche Gemeinschaft der GU macht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Multifarben-Lebendzell-STED-Mikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Goethe-Universität Frankfurt am Main
• Leiter: Professor Dr. Mike Heilemann